與食管癌相關的LncRNA：食管癌的LncRNA調控機制總結

前言：食管癌是一種高死亡率的惡性消化道癌症。儘管研究發現食管癌有著複雜而重要的基因調控網路，但其發病機制尚不清楚。近年來越來越多的研究表明，許多LncRNAs與腫瘤發生有關，當然也包括食管癌。本文總結了LncRNA在食管癌中的功能，重點介紹了影響食管癌生物學特性的LncRNA調控機制、食管癌相關的LncRNA，以及LncRNA研究中常用的實驗方法。

1. 背景介紹

食管癌是是世界發病率第八、死亡率第六的惡性腫瘤，5年生存率較低。食管癌有兩種主要的病理類型：食管鱗狀細胞癌（ESCC）和食管腺癌（EAC）。與其他腫瘤類似，食管癌也存在遺傳易感性，食管癌的發生是多因素多階段的突變積累和相互作用的複雜過程，癌基因的激活和抑癌基因的失活已被證明是食管癌發生髮展的重要分子機制。

1991年 Bartolomei 發現了第一個 LncRNA-H19。近年來，LncRNA已被證明在表觀遺傳調控、轉錄和轉錄後調控中發揮重要作用，在疾病發生，特別是腫瘤發生中也起著重要作用。因此，更好地了解LncRNA表達的變化可能為癌症的診斷提供重要的線索。

2.大多數LncRNAs的來源和位置與其功能密切相關

LncRNA的7種不同來源

3.食管癌中的LncRNA的作用機制

與mRNA和蛋白質相比，LncRNAs的功能由於其複雜性和多樣性，不能簡單地根據其結構或序列來描述。LncRNA的重要作用是調節相鄰蛋白質編碼基因的表達，以及潛在的分子機制包括組蛋白修飾、DNA甲基化、剪接調節和蛋白泛素化。

食管癌種的LncRNA的作用機製圖

3.1.表觀遺傳修飾

表觀遺傳學修飾是指在核內DNA序列不變的情況下基因表達的可逆和可遺傳的變化， 這種修飾包括染色質重塑、DNA甲基化和組蛋白修飾。 最早發現的是LncRNA通過表觀遺傳修飾調控基因表達，隨機失活雌性X染色體。 以下是食管癌中LncRNA的表觀遺傳學功能的例子：

3.1.1. 染色質重塑複合物招募到特定的基因組位點

LncRNA招募染色質重塑複合物到特定的基因組位點是基因表達調控和癌症發病機制中的常見現象。

3.1.2. DNA的甲基化

作為基因最早的表觀遺傳修飾之一，DNA甲基化通過改變染色質結構，DNA構象，DNA穩定性以及DNA和蛋白之間的相互作用來控制基因表達。 甲基化主要發生在CpG二核苷酸的胞嘧啶鹼基位點，特別是當胞嘧啶和鳥嘌呤比例超過DNA序列的50％時。 啟動子區中的CpG位點的低甲基化將導致基因活化，而該位點的高甲基化將導致基因沉默。

3.1.2. 組蛋白乙醯化

組蛋白乙醯化是與染色質結構相關的另一個重要的表觀遺傳修飾機制。 這個過程提高了基因表達、蛋白質活性或生理過程，而組蛋白脫乙醯作用可能導致相反的調控作用。 許多研究已經顯示了組蛋白乙醯化對基因表達的影響，但是食管癌中LncRNA的組蛋白乙醯化很少被研究。

3.2. 轉錄調控

人類基因組中的啟動子和增強子在轉錄中起著不可或缺的作用，包括控制基因表達的時間和程度，同時確定它們的活性。 因此，轉錄機制非常複雜。

3.2.1. 啟動子調控

類似於表觀遺傳調控，轉錄調控也可以在啟動子水平發生，影響基因表達水平並引起生物學行為的變化。

3.2.2. 轉錄因子活性的調控

真核轉錄起始非常複雜，經常需要各種蛋白質因子如轉錄因子（TF）的協助，其與RNA聚合酶II形成轉錄起始複合物（TIC），然後參與轉錄起始過程。 因此，TF活性的變化可以影響靶基因的轉錄。

3.3. 轉錄後調控

真核生物基因活性不僅可以通過轉錄方式進行調控，也可以通過RNA加工進行轉錄後調節，後一種調控機制是前體mRNA經歷選擇性剪接並作為競爭性內源RNA（ceRNA）。

3.3.1.調節mRNA剪接

選擇性剪接是指通過不同的剪接方式從mRNA前體產生不同的mRNA剪接異構體，最終的蛋白質產物展現出不同的功能和結構特性從而引起不同的表型。

3.3.2.作為ceRNA的功能

ceRNA是近年來出現的一種新的基因表達調控模式。 在此模式中，編碼RNA和ncRNA（LncRNA，cirRNA和假基因）通過miRNA結合位點彼此相互作用，從而促進編碼RNA和ncRNA之間更有效的交流，調節轉錄並影響細胞的生物學功能。

3.3.3.參與蛋白質的翻譯後修飾

翻譯後修飾是指蛋白質翻譯後的化學修飾，其涉及化學功能基團的連接，所述化學官能團改變蛋白質的化學性質或引起結構改變。 蛋白質翻譯後修飾是腫瘤發生的重要調節機制。

3.4. 其他機制

3.4.1.與其他LncRNA關聯

在許多情況下，LncRNA通過調節相鄰編碼基因的表達而起作用，但是仍有例外,有研究表明LncRNA可與其他LncRNA關聯從而其輔助作用。

3.4.2.LncRNA中的單核苷酸多態性

單核苷酸多態性（SNP）主要涉及基因組水平上單核苷酸變異引起的DNA序列多態性，LncRNA中的功能基因多態性可能是與人類疾病有關的遺傳修飾。

3.5.食管癌中尚不明確的LncRNA機制

LncRNA種類繁多，之前對它們的關注不多，許多LncRNA與食管癌的發生髮展密切相關，但具體機制尚不清楚。

與食管癌相關的LncRNA以及它們的機制

公眾號後台回復關鍵詞：食管癌，獲取excel表格

4.檢測和表徵LncRNA的方法

有著重要作用的LncRNA數量很龐大，這一領域的研究才開始不久，大多數LncRNAs還等待進一步的表徵。

高通量測序和LncRNA微陣列分析是檢測LncRNA最常用的兩種方法，它們都能同時檢測到大量LncRNA的表達。

qRT-PCR和 Northern 印跡可用於驗證不同樣品之間的差異基因表達。

熒光原位雜交和 RNAscope 可用於檢測樣品中LncRNA的位置，後者顯示出更高的靈敏度和更高的特異性。

RACE 有助於獲得全長LncRNA用於進一步研究。

為了進行功能性測定，需要構建LncRNA過表達/沉默載體以增強/喪失功能，隨後將載體轉染到腫瘤細胞中並觀察生物學表型的變化，例如細胞增殖、遷移和侵襲的變化。

對於進一步的研究，需要進行RNA pulldown，然後進行 WB 或質譜分析以發現與LncRNA相關的蛋白質，並且RNA pulldown，RNA免疫沉澱（RIP）測定的會使結果更可信。

染色質免疫沉澱（ChIP）測定主要用於研究LncRNA-蛋白 - 染色質DNA的相互作用。 鑒於LncRNA研究有多種方法，需要根據具體的實驗情況選擇合適的實驗方法。

5.結論與展望

LncRNA失調已被證實有助於食管癌的發生和發展。 血漿中可以高靈敏度的檢測到LncRNA，因此其可能作為生物標誌物， 鑒於LncRNA在食管癌中廣泛且豐富，它們在癌症的早期診斷和靶向治療中具有巨大的潛力。對LncRNA的進一步研究將對深化對生命科學的理解產生深遠的影響，LncRNA功能的多樣性也將加深我們對食管癌的認識。更重要的是，這方面的研究有望至少部分揭示食管癌的分子機制，為食管癌更有效的預防，早期診斷和治療提供基礎依據。

參考文獻：

1.Huang Xiaomei,et al. Advances in esophageal cancer: A new perspective on pathogenesis associated with long non-coding RNAs.[J] .Cancer Lett., 2018, 413: 94-101.

2.Pennathur Arjun,et al. Oesophageal carcinoma.[J] .Lancet, 2013, 381(9864): 400-12.

3.Bartolomei M S,et al. Parental imprinting of the mouse H19 gene.[J] .Nature, 1991, 351(6322): 153-5.

4.EP Consortium. An integrated encyclopedia of DNA elements in the human genome.[J] .Nature, 2012, 489(7414): 57-74.